3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1.3.1. Tình hình nghiên cứu các giống lúa chịu mặn trên thế giới
Các quốc gia trên thế giới đã và đang tiến hành chọn tạo, canh tác có hiệu quả một số giống lúa chịu mặn. Nhiều nguồn giống lúa mùa địa phương như Nona Broka, Burarata chống chịu tốt với điều kiện mặn tương đương với giống Pokkali đã được xác định.
Những năm cuối thế kỷ 20, các nhà chọn tạo giống đã sử dụng những biến đổi di truyền để tạo ra những giống lúa có tiềm năng về năng suất, chất lượng gạo tốt, kháng một số sâu bệnh chính và chống chịu với những điều kiện bất lợi như khô hạn, ngập úng, mặn. Trong chiến lược chọn tạo giống lúa chống chịu mặn, Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI), từ năm 1977 - 1980 đã tiến hành chọn được những dòng lúa chống chịu mặn tốt như IR42, IR4432-28-5, IR4595-4-1, IR463-22-2, IR9884-54-3. Năng suất đạt 3,6 tấn/ha trung bình cho tất cả 25 thí nghiệm. Những giống lúa cải tiến này cho năng suất cao hơn những giống lúa cổ truyền 2 tấn/ha.
Teng (1994) [31] đã sử dụng quần thể cận giao tái tổ hợp (RI) thế hệ F8 bao gồm 324 cá thể thuộc tổ hợp lai giữa IR29/Nona Broka để nghiên cứu di truyền tính chống chịu mặn của cây lúa. Các dòng RI được thanh lọc mặn trong nhà lưới ở điều kiện EC = 15 dS/m và điều kiện đồng ruộng. Phân tích RFLP với 5 enzyme phân cắt hạn chế (DraI, EcoRV, HindIII, ScaI, XbaI) cho thấy trong 266 RFLP marker, có 117 thể hiện đa hình (43,98%), phủ trên hệ gen cây lúa với mật độ 15 cM/quãng. Trong đó, RG100 và RZ323 được ghi nhận cho đa hình rõ nhất. Mười ba marker định vị gần RG100 và RZ323 trên nhiễm sắc thể số 3 cũng được sử dụng để xem xét liên kết gen. Tác giả phát hiện thêm RZ323 (nhiễm sắc thể số 3) và RG333 (trên nhiễm sắc thể số 8) liên kết với QTL chống chịu mặn. Các cá thể tái tổ hợp mang alen từ Nona Broka ở locus RZ323 và từ IR29 ở locus RG333 có kiểu hình sống sót lâu hơn trong môi trường mặn so với những tổ hợp khác .
Mohammadi - Nejad và cộng sự, (2008) [23] thí nghiệm 33 SSR marker đa hình
trên đoạn Saltol của nhiễm sắc thể số 1 nhằm xác định mức độ liên kết và hữu dụng
của các marker này trong chọn giống chống chịu mặn. Các SSR marker này được dùng để thử nghiệm trên 36 giống lúa được phân loại thành 5 nhóm: Chống chịu tốt, chống chịu, chống chịu trung bình, nhiễm mặn và nhiễm mặn tốt qua thanh lọc mặn nhân tạo. Các giống lúa: IR70023, IR65858, IR69588, IR74105, IR71832, IR74099, Cherivirrupo và IR66946-3R-178-1-1 (FL478) có sản phẩm PCR giống như sản phẩm PCR của Pokkali khi được nhân bản bởi marker RM 8094 và cho tính chống chịu rất tốt hoặc tốt đối với mặn .
Bản đồ QTL (phân tích dựa trên AFLP và STS marker) cho thấy gen chủ lực điều khiển tính trạng chống chịu mặn định vị trên nhiễm sắc thể số 1 (saltol). Bên cạnh
gen chủ lực, 3 QTL được ghi nhận có liên quan với tính trạng hấp thu K cao, 4 QTL có liên quan với tính trạng hấp thu Na thấp và 3 QTL có liên quan với tính trạng tỷ số Na/K thấp.
Các nghiên cứu của Gregorio (1997) [20] đã lập được bản đồ gen rất chi tiết
cho QTL “Saltol” hiện diện trên nhiễm sắc thể số 1, quyết định tới khoảng 40 - 65%
tính chống chịu mặn của lúa.
Ứng dụng công nghệ chuyển gen để tạo giống kháng là một trong những hướng được quan tâm hiện nay. Với mục đích tăng cường khả năng chịu mặn của lúa, các nhà nghiên cứu trên thế giới đã chuyển một số gen từ các nguồn thực vật khác nhau vào lúa.
Xu và cộng sự (1996) [32] chuyển gen hvaI của lúa mạch vào giống lúa Nipponbare, thời gian 3 tuần tuổi, lúa chuyển gen và không chuyển gen được xử lý mặn qua 2 vòng. Tác giả ghi nhận là cây lúa chuyển gen có tốc độ sinh trưởng và phục hồi tốt hơn cây lúa không chuyển gen khi bị xử lý mặn và không xử lý mặn .
Ohta và cộng sự (2002) [17] chuyển gen Na+/H+ antipoter vào giống lúa mẫn cảm với mặn Kinhuikari. Cây lúa chuyển nạp gen sống sót sau khi thanh lọc mặn ở mức 300 mM NaCl trong 3 ngày, các cây lúa không được chuyển gen đều chết.
Nagamiya và cộng sự (2007) [25] Chuyển nạp gen kat E - một catalase gen -
vào giống lúa Japonica. Các cây lúa được chuyển gen sống và phát triển hơn 14 ngày
trong môi trường mặn có hàm lượng muối 250 mM, trổ bông và cho hạt ở nồng độ muối 100 mM. Khi đánh giá mức độ biểu hiện của gen catalase trong cây lúa được chuyển gen, hoạt động của enzyme catalase tăng lên khoảng 1,5 và 2,5 lần so với cây lúa không được chuyển gen.
Năm 1993, IRRI phát triển giống lúa IR66946, một giống lúa chống chịu mặn khá tốt từ tổ hợp lai của Pokkali/IR29. Từ đó, hướng lai tạo tập trung vào lai chuyển gen chống chịu mặn từ Pokkali và một số giống lúa mùa địa phương có tính chống chịu mặn bằng phương pháp hồi giao vào các nguồn giống lúa cao sản thích nghi với từng vùng sinh thái trồng lúa riêng biệt [20]. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp lai tạo truyền thống là mất nhiều thời gian. Thông thường từ 6 - 8 lần hồi giao cần được thực hiện, tương đương với 3 - 4 năm lai tạo. Một khó khăn khác thường gặp trong lai tạo giống mới là đôi khi có sự liên kết khá chặt chẽ giữa tính trạng chống chịu mặn với các tính trạng xấu, không mong muốn, thường được lai chuyển vào con lai cùng lúc. Các gen điều khiển tính trạng không mong muốn này ảnh hưởng xấu đến biểu hiện của con lai. Do đó, lai tạo cho tính trạng chống chịu mặn trong vài trường hợp mất đến 10 hoặc 15 năm để phát triển một giống lúa mới.
Để khắc phục một phần nhược điểm của phương pháp lai tạo truyền thống, người ta kết hợp chúng với các phương pháp sinh học phân tử.
Mới đây, bằng phương pháp sinh sản vô tính, các nhà khoa học Trung Quốc đã thành công trong việc tạo ra gen SKC1 giúp tăng khả năng chịu mặn của lúa. Ứng dụng gen này mở ra hy vọng làm gia tăng và ổn định sản lượng lúa của nước này. Gen
SKC1 được sinh sản vô tính từ một loại lúa chịu mặn cũ có nguồn gốc ở vùng Thượng
Hải. Các gen này có thể kiểm soát hiệu quả và làm cân bằng lượng natrium và kalium trong phần thân cây lúa mọc trên mặt đất và ngăn ngừa chất hydronium độc hại tích tụ trong thân và lá lúa. Một lượng lớn natrium hydronium có xu hướng tích tụ trong phần thân cây lúa ở một môi trường có nhiều natrium và gen SKC1 có thể giúp chuyển
natium hydronium trở lại rễ, nhờ đó làm cho cây lúa giảm ngộ độc natrium. Gen SKC1
lưu chuyển natrium hydronium chứ không lưu chuyển kalium hydronium. Do đó, lượng natrium hydronium dư thừa được lưu chuyển xuống rễ cây lúa, giúp cho kalium hydronium có đủ không gian để trở lại phần thân lúa.
Gregorio và cộng sự (2002) [20], báo cáo kết quả nuôi cấy tế bào soma lúa để tạo ra các biến dị soma chống chịu mặn. Từ giống lúa Pokkali (lúa mùa cao cây, cảm quang, yếu rạ, lá dài to bản và rũ, đẻ chồi ít, gạo màu đỏ, phẩm chất gạo xấu), tác giả đã thu được dòng biến dị soma TCCP226-2-49-B-B-3 là giống lúa cao sản, thấp cây, sinh trưởng mạnh, chống chịu mặn cao như Pokkali, gạo có màu trắng và phẩm chất gạo tốt hơn giống gốc, cho năng suất cao hơn nhiều so với Pokkali. Giống lúa TCCP226-2-49-B-B-3 đã được sử dụng trong các chương trình tạo giống lúa chịu mặn tại nhiều Trung tâm nghiên cứu lúa trên thế giới.